回転動力伝達装置
【課題】静圧軸受にて支持されたスピンドルにベルトを介して回転動力を伝達する回転動力伝達装置において、作業性が良く、より高精度にベルト張力を測定することができる回転動力伝達装置を提供する。
【解決手段】静圧軸受は、スピンドルＳに対向しているハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４にて構成され、各静圧ポケットは、回転軸ＴＺを挟んで互いに対向する位置に配置されており、スピンドルは、ベルト２２の張力にてベルト引張り方向に引張られている。回転軸に対してベルト引張り方向に位置している静圧ポケットである増負荷静圧ポケットＰＲ２と、増負荷静圧ポケットに対向する位置の静圧ポケットである対向静圧ポケットＰＲ４と、に加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段Ｓ１、Ｓ２を備え、負荷測定手段にて測定した負荷に基づいて、ベルトの張力を算出する張力検出手段５０を備えている。
【解決手段】静圧軸受は、スピンドルＳに対向しているハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４にて構成され、各静圧ポケットは、回転軸ＴＺを挟んで互いに対向する位置に配置されており、スピンドルは、ベルト２２の張力にてベルト引張り方向に引張られている。回転軸に対してベルト引張り方向に位置している静圧ポケットである増負荷静圧ポケットＰＲ２と、増負荷静圧ポケットに対向する位置の静圧ポケットである対向静圧ポケットＰＲ４と、に加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段Ｓ１、Ｓ２を備え、負荷測定手段にて測定した負荷に基づいて、ベルトの張力を算出する張力検出手段５０を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジングに対して静圧軸受にて支持されているスピンドルを、ベルトを介して回転させる回転動力伝達装置において、ベルトの張力をより高精度に検出することができる回転動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、静圧軸受にて支持されているスピンドルを、ベルトを介して回転させる種々の装置が存在する。例えば研削盤では、砥石に接続したスピンドルを静圧軸受にて支持し、ベルトを介してスピンドルを高速回転させて研削を行っている。
ベルトを介してスピンドルを高速回転させる場合、スリップ等を発生させることなく回転動力を伝達するためには、ベルト張力を調整する際のベルト張力の測定が重要である。張力が過小の場合はスリップが発生し易く回転精度が低下する可能性があり、張力が過大の場合は静圧軸受の許容荷重を超えて正常に支持できなくなる可能性や、スピンドルの剛性不足による変形が発生する可能性がある。
【０００３】
ベルト張力を測定する従来の一般的な方法は、テンションメータを用いる方法である。テンションメータを用いて測定する場合、工作機械の停止状態において、プーリに架け渡したベルトの中央近傍の直線部分にテンションメータを規定の力で押し当て、ベルトのたわみ量を測定し、測定したたわみ量からベルト張力を算出している。
また、特許文献１に記載された従来技術では、測定装置をベルトの中央近傍の直線部分に規定の力で押し当て、ベルトのたわみ量を測定する代わりに、Ｖ字状にたわんだベルトのたわみ角度を測定し、測定したたわみ角度からベルト張力を算出している。
また、特許文献２に記載された従来技術では、ベルトの振動周波数を光学式変位測定手段を用いて非接触にて測定し、測定した振動周波数からベルト張力を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２１４６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テンションメータを用いる従来の方法では、例えば研削盤のベルト張力を測定する場合、ベルトに直接的に測定装置を押し付ける必要があるので、ベルトを覆っているベルトカバーの一部または全部を取り外して測定しなければならない。従って、ベルト張力を測定する毎に、非常に手間がかかる。
また、（Ａ）停止状態におけるベルト張力を測定しており、実際にトルク伝達している回転中のベルト張力を測定していない（遠心力や発熱等により、停止中のベルト張力と回転中のベルト張力は異なると考えられる）。
（Ｂ）作業者がテンションメータを押し付けてベルトのたわみ量を測定するので、作業者による測定値のバラツキが発生し易い。
（Ｃ）ベルトのたわみ量は、ベルト張力を直接的に測定するものでなく間接的に測定しているとともに、たわみ量の測定は検出能力の限界が低い。
上記の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、テンションメータを用いる測定方法では、測定誤差が比較的大きい。従って、より確実にベルトスリップを防ぐためにベルト張力を本来の目標値よりも十分大きな値に設定している。これにより、静圧軸受の許容荷重をより大きくする必要と、スピンドルの剛性をより大きくする必要があり、機械サイズが大きくなる。
また、特許文献１に記載された従来技術では、テンションメータを用いる方法と同様に、測定時に手間がかかるとともに、測定精度が低いために機械サイズが大きくなる。
また、特許文献２に記載された従来技術では、ベルトの振動周波数を光学式変位測定手段にて測定しているが、例えば研削盤の場合、光学式変位測定手段を研削盤に取り付けることになる。この場合、回転中は光学式変位測定手段も振動してしまうので、回転中に正確な振動周波数を測定するのは困難である。また、より高精度にベルト張力を測定するには、温度補正も行う必要があるが、高速回転中のベルトの温度を測定することは困難である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、静圧軸受にて支持されたスピンドルにベルトを介して回転動力を伝達する回転動力伝達装置において、作業性が良く、より高精度にベルト張力を測定することができる回転動力伝達装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項１に記載の回転動力伝達装置は、ハウジングと、前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置である。
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成され、各静圧ポケットは、前記回転軸を挟んで互いに対向する位置に配置されており、前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られている。
そして、前記回転軸に対して前記ベルト引張り方向に位置している静圧ポケットである増負荷静圧ポケットと、当該増負荷静圧ポケットに対向する位置の静圧ポケットである対向静圧ポケットと、に加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段を備え、前記負荷測定手段にて測定した負荷に基づいて、前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている。
【０００７】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項２に記載の回転動力伝達装置は、請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第１圧力測定手段と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第２圧力測定手段にて構成されており、前記張力検出手段は、前記第１圧力測定手段からの検出信号と、前記第２圧力測定手段からの検出信号と、に基づいて前記ベルトの張力を算出する。
【０００８】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項３に記載の回転動力伝達装置は、請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力と、の差圧を測定可能な差圧測定手段にて構成されており、前記張力検出手段は、前記差圧測定手段からの検出信号に基づいて前記ベルトの張力を算出する。
【０００９】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項４に記載の回転動力伝達装置は、ハウジングと、前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置である。
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成されており、前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られている。
そして、それぞれの静圧ポケットには、それぞれの静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段が設けられており、それぞれの圧力測定手段からの検出信号に基づいてそれぞれの静圧ポケット内の流体の圧力に基づいた圧力ベクトルを求め、求めたそれぞれの圧力ベクトルにおける前記ベルト引張り方向の成分となる引張り方向圧力ベクトルを求め、それぞれの引張り方向圧力ベクトルを合成して前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている。
【００１０】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項５に記載の回転動力伝達装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転動力伝達装置であって、前記張力検出手段は、前記スピンドルの回転中または停止中にかかわらず、算出したベルトの張力が、予め設定された張力許容範囲から外れた場合、報知手段を用いて警告を報知する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の回転動力伝達装置を用いれば、円周方向に並べられた複数の静圧ポケット（回転軸を挟んで互いに対向するように配置されている）において、ベルトの張力によって最も負荷が増加する位置にある増負荷静圧ポケットと、増負荷静圧ポケットに対向している（ベルトの張力による負荷が最も小さい位置にある）対向静圧ポケットと、に加えられている負荷を測定することで、ベルト張力を直接的に、より高精度に求めることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の回転動力伝達装置によれば、第１圧力測定手段、第２圧力測定手段を用いることで、増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、対向静圧ポケット内の流体の圧力を、たわみ量と比較して非常に高精度に検出することができるので、より高精度にベルト張力を求めることができる。
また、圧力測定手段を用いて静圧ポケット内の流体の圧力を測定する構成は、例えば図２（Ａ）に示すように、圧力測定手段と静圧ポケットとを連通するだけでよく、非常にシンプルであり、従来のテンションメータのようにベルト張力を測定する毎に作業者が測定装置を運んで来る必要がなく、作業性もよい。
【００１３】
また、請求項３に記載の回転動力伝達装置は、増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、対向静圧ポケット内の流体の圧力と、を別々の圧力測定手段からの別々の検出信号から求める請求項２に記載の回転動力伝達装置に対して、１つの差圧測定手段を用いて圧力の差（差圧）を求める。
これにより、請求項２に記載の回転動力伝達装置よりも更に測定誤差が小さくなり、より高精度にベルト張力を測定することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の回転動力伝達装置を用いれば、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットのそれぞれに圧力測定手段を設け、各静圧ポケットから回転軸方向に向かう圧力ベクトルのそれぞれを求め、各圧力ベクトルのベルト引張り方向の成分を合成して張力を求めることで、請求項１に対して、静圧ポケットの数が奇数であっても、ベルト引張り方向がどのような方向であっても、適切にベルト張力を求めることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の回転動力伝達装置では、スピンドルの回転中または停止中にかかわらずベルト張力を求めることが可能であり、適正張力範囲を逸脱した場合に警告を報知することで、ベルト切れ等の故障を迅速に報知できる。
これにより、故障からの復旧をより短時間に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の回転動力伝達装置ＴＳを適用した研削盤１の一実施の形態を説明する図である。
【図２】回転動力伝達装置ＴＳの構造を説明する断面図と、静圧ポケットの有効面積の例を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態における図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図の例と、差圧測定手段ＳＳを用いた例を説明する図である。
【図４】第２の実施の形態における図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図の例と、各静圧ポケットの圧力から求めた圧力ベクトルに基づいてベルト張力を求める方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の回転動力伝達装置ＴＳを適用した研削盤１の一実施の形態を示しており、図１（Ａ）は研削盤１の平面図の例を示し、図１（Ｂ）は研削盤１の右側面図の例を示している。なお、図１（Ｂ）では、心押台の記載を省略している。
また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている全ての図面において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｙ軸は鉛直上向きを示しており、Ｚ軸とＸ軸は水平方向を示している。そしてＺ軸はワーク回転軸方向を示しており、Ｘ軸方向は砥石ＴがワークＷに切り込む方向を示している。
以下の説明では、回転動力伝達装置ＴＳを適用した研削盤１の例を説明するが、本発明の回転動力伝達装置ＴＳは研削盤に限定されず、静圧軸受にて回転可能に支持されているスピンドルに、ベルトを介して回転動力を伝達する種々の装置に適用することが可能である。
【００１８】
●［研削盤１の全体構成（図１（Ａ）、（Ｂ））］
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、研削盤１は、ワーク回転軸ＷＺ回りに回転しているワークＷに対して、砥石回転軸ＴＺ回りに回転している略円筒形状の砥石Ｔを相対移動させてワークＷを研削する。なお、各可動体の位置等を検出して各駆動モータに制御信号を出力する制御手段（数値制御装置等）については、図示を省略する。なお、ワーク回転軸ＷＺと砥石回転軸ＴＺは、どちらもＺ軸と平行である。
ワークＷは、センタ部材ＣＬを備えた主軸台と、センタ部材ＣＲを備えた心押台に両端（または両端近傍）が支持されている（センタ部材の代わりにチャックであってもよい）。
【００１９】
主軸台は、基台ＢＳに載置されたベースＤＬと、ベースＤＬに対してＺ軸方向に往復移動可能な主軸ハウジングＨＬと、主軸ハウジングＨＬ内でワーク回転軸ＷＺ回りに回転可能に支持された主軸ＳＬとを備えている。また、主軸ＳＬの一端にはセンタ部材ＣＬが設けられている。
主軸ＳＬには図示しない駆動モータが設けられており、制御手段は、センタ部材ＣＬの先端をとおるワーク回転軸ＷＺ回りに主軸ＳＬを、任意の角速度で任意の角度まで回転させることができる。
心押台は、基台ＢＳに載置されたベースＤＲと、ベースＤＲに対してＺ軸方向に移動可能な心押軸ハウジングＨＲと、心押軸ハウジングＨＲ内でワーク回転軸ＷＺ回りに回転可能または回転不能に支持され、主軸ＳＬと同軸的に設けられた心押軸ＳＲとを備えている。また、心押軸ＳＲの一端にはセンタ部材ＣＲが設けられている。
【００２０】
また、基台ＢＳには、Ｚ軸駆動モータＭＺにて制御されるボールねじＮＺの回転角度に応じて、ガイドＧＺに沿ってＺ軸方向の任意の位置に位置決めされる砥石スライドテーブル４０が載置されている。制御手段はエンコーダ等の位置検出手段ＥＺからの信号を検出しながらＺ軸駆動モータＭＺに制御信号を出力する。
砥石スライドテーブル４０には、Ｘ軸駆動モータＭＸにて制御されるボールねじＮＸの回転角度に応じて、ガイドＧＸに沿ってＸ軸方向の任意の位置に位置決めされる砥石進退テーブル４１が載置されている。制御手段はエンコーダ等の位置検出手段ＥＸからの信号を検出しながらＸ軸駆動モータＭＸに制御信号を出力する。
【００２１】
なお、砥石駆動モータＭＴ、砥石ハウジング２５を備えた回転動力伝達装置ＴＳについては後述する。
また、本実施の形態にて説明する研削盤１では、砥石Ｔの支持方法が片持ち式の例を示しているが、両持ち式で砥石Ｔを支持してもよい。
また、図１（Ｂ）に示すように、砥石回転軸ＴＺとワーク回転軸ＷＺは仮想平面ＭＦ上に位置している。この状態で砥石ＴをワークＷに対して相対的に近づけていき、ワークＷと砥石Ｔとが接触した位置における砥石Ｔの側の点を砥石研削点ＴＰとする。そして、研削盤１には、砥石研削点ＴＰの近傍にクーラントを供給するクーラントノズルが設けられているが、図示省略する。
また、図１（Ａ）及び（Ｂ）の例に示す研削盤１では、砥石Ｔのドレッシングを行うドレッシング手段ＴＲが、主軸ハウジングＨＬに取り付けられている。
【００２２】
本実施の形態にて説明する研削盤１では、ポンプ等の流体供給手段を用いて流体を供給し、砥石Ｔを静圧軸受（流体軸受）にて回転可能に支持している。そして静圧軸受で使用した流体を回収及び冷却してポンプ等に戻し、流体を循環させている。
本発明の回転動力伝達装置ＴＳは、静圧軸受にて使用する流体を利用して、ベルト２２の張力をより高精度に測定するものである。
【００２３】
●［回転動力伝達装置ＴＳの構造（図２）］
図２（Ａ）に示すように、本発明の回転動力伝達装置ＴＳは、砥石進退テーブル４１に載置された砥石ハウジング２５（ハウジングに相当）と、砥石ハウジング２５に対して静圧軸受にて支持されたスピンドルＳと、ベルト２２を介してスピンドルＳに回転動力を伝達する砥石駆動モータＭＴ（回転駆動手段に相当）にて構成されている。
スピンドルＳは、静圧軸受装置ＪＦ、ＪＲにて支持されており、静圧軸受装置ＪＦ、ＪＲは砥石ハウジング２５に固定されている。
スピンドルＳは砥石回転軸ＴＺ回りに回転可能であり、一方の端部には従動プーリ２４が接続されており、他方の端部には略円筒状の砥石Ｔが接続されている。
また砥石駆動モータＭＴには駆動プーリ２１が接続されており、駆動プーリ２１と従動プーリ２４にはベルト２２が架け渡されている。
【００２４】
●［第１の実施の形態（図３）］
図３（Ａ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図における第１の実施の形態の例を示している。
第１の実施の形態では、スピンドルＳに対向している砥石ハウジング２５の対向面に相当する静圧軸受装置ＪＲの面には、図３（Ａ）に示すように、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４が形成されている。また各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４は、砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向する位置に配置されている。（図３（Ａ）の場合、静圧ポケットＰＲ１と静圧ポケットＰＲ３が砥石回転軸ＴＺを挟んで対向する位置に配置されており、静圧ポケットＰＲ２と静圧ポケットＰＲ４が砥石回転軸ＴＺを挟んで対向する位置に配置されている。）
なお、図３（Ａ）では静圧ポケットが４個の例を示しているが、第１の実施の形態では、砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向していればよいので、４個に限定されず、偶数であればよい。
【００２５】
静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４には、ポンプＰ等から所定の圧力の流体（例えば作動油）が配管Ｈ１、ＨＲ１〜ＨＲ４を介して供給される。なお、各静圧ポケットに供給された流体を回収してポンプＰに戻す経路については図示省略する。
またスピンドルＳは、ベルト２２の張力にてベルト引張り方向（図３（Ａ）参照）に引張られている。なお、図３（Ａ）の例では、静圧ポケットＰＲ４の中央と砥石回転軸ＴＺと静圧ポケットＰＲ２の中央とは仮想直線Ｃ１で結ぶことが可能であり、当該仮想直線Ｃ１の方向はベルト引張り方向と平行になる。この配置が第１の実施の形態における静圧ポケットの配置である。
そして、砥石回転軸ＴＺに対してベルト引張り方向に位置している静圧ポケットＰＲ２（増負荷静圧ポケットに相当）と、当該静圧ポケットＰＲ２に対向する位置に配置されている静圧ポケットＰＲ４（対向静圧ポケットに相当）には、加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段が設けられている。
【００２６】
図３（Ａ）の例では負荷は圧力であり、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段Ｓ１（第１圧力測定手段に相当）を設け、静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段Ｓ２（第２圧力測定手段に相当）を設け、静圧ポケットＰＲ２と圧力測定手段Ｓ１とを連通路ＨＳ１にて連通させ、静圧ポケットＰＲ４と圧力測定手段Ｓ２とを連通路ＨＳ２にて連通させている。そして圧力測定手段Ｓ１、Ｓ２のそれぞれの検出信号を張力検出手段５０に取り込み、張力検出手段５０にて圧力を求め、求めた圧力に基づいてベルト張力を算出する。
【００２７】
ここで、図２（Ａ）において、従動プーリ２４から遠い側の静圧ポケットＰＦ４（ＰＦ２）の中央から、従動プーリ２４に近い側の静圧ポケットＰＲ４（ＰＲ２）の中央までの砥石回転軸ＴＺ方向の距離を距離Ｌ１として、従動プーリ２４に近い側の静圧ポケットＰＲ４（ＰＲ２）から、従動プーリ２４の中央までの砥石回転軸ＴＺ方向の距離を距離Ｌ２とする。
この場合、ベルト張力をＴＢ、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力をＰｐｒ２、静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力をＰｐｒ４、静圧ポケットＰＲ２、ＰＲ４の有効面積をＡとすると、以下の（式１）が成立する。
ＴＢ＝［Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）］＊Ａ＊（Ｐｐｒ２−Ｐｐｒ４） （式１）
張力検出手段５０には、予め距離Ｌ１、距離Ｌ２、有効面積Ａが記憶されている。そして張力検出手段５０は、上記の（式１）と、求めた圧力Ｐｐｒ２、Ｐｐｒ４を用いて、ベルト張力ＴＢを算出する。
なお図２（Ｂ）は、静圧ポケットの概略有効面積を説明する図である（静圧ポケットＰＲ２を例にしている）。有効面積とは、静圧ポケットならびに周囲のランド（図２（Ｂ）の幅Ｗｈ、Ｗｖの凸状部）で発生する静圧力の合計を、ポケット圧で除した値である。本実施の形態では有効面積として、概略有効面積を使用する。概略有効面積とは次の通りである。静圧ポケットＰＲ２の周囲には、スピンドルＳに対向する側に凸となる凸状部が形成されており、この凸状部の幅Ｗｖ、Ｗｈの中央を通る線（図２（Ｂ）中の点線）にて囲まれる面積が概略有効面積となる。
【００２８】
以上の説明では、圧力測定手段Ｓ１と圧力測定手段Ｓ２とを用いて、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力と、静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力と、を別々に測定したが、図３（Ｂ）に示すように、１個の差圧測定手段ＳＳを用いて、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力と静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力との差圧を求めるようにしてもよい。
この場合、差圧測定手段ＳＳは流路ＨＳ１にて静圧ポケットＰＲ２に接続され、流路ＨＳ２にて静圧ポケットＰＲ４に接続されている。
張力検出手段５０には、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力と静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力との差圧に基づいた検出信号が差圧測定手段ＳＳから入力され、張力検出手段５０は当該差圧（この場合、Ｐｐｒ２−Ｐｐｒ４）を求めることができる。
そして張力検出手段５０は、上記の（式１）と、求めた差圧（Ｐｐｒ２−Ｐｐｒ４）を用いて、ベルト張力ＴＢを算出する。
２個の圧力測定手段Ｓ１、Ｓ２の検出信号を用いて算出する図３（Ａ）の構成よりも、差圧を用いる図３（Ｂ）の構成のほうが、圧力測定手段の固有の誤差を相殺できるので、より小さな誤差でベルト張力を算出することができる。
【００２９】
●［第２の実施の形態（図４）］
図４（Ａ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図における第２の実施の形態の例を示している。また図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５からの圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５の例を示している。
第２の実施の形態では、スピンドルＳの円周方向に並べられた静圧ポケット（ＰＲ１〜ＰＲｎ）の数が偶数であっても奇数であってもよく、各静圧ポケットが砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向する位置となるように配置されていてもよいし、対向する位置に配置されていなくてもよい。図４（Ａ）及び（Ｂ）では、静圧ポケットが５個（奇数）の例を示しており、各静圧ポケットは砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向していない配置の例を示している。
そして、それぞれの静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５には、それぞれの静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段Ｓ１〜Ｓ５が設けられている。
以下、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。
【００３０】
図４（Ａ）の例の場合、張力検出手段５０は、圧力測定手段Ｓ１〜Ｓ５の各検出信号に基づいて、各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５内の流体の圧力（Ｐｐｒｎ）のそれぞれを測定し、各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５から砥石回転軸ＴＺに向かう各圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５を求める。各圧力ベクトルの大きさ（｜Ｆｎ｜）は（式１）に基づいて、下記の（式２）から求めることができる。
｜Ｆｎ｜＝［Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）］＊Ａ＊（Ｐｐｒｎ） （式２）
また、各圧力ベクトルの方向は、各静圧ポケットの中央から砥石回転軸ＴＺに向かう方向である。
次に張力検出手段５０は、求めた圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５におけるベルト引張り方向の成分となる引張り方向圧力ベクトルＦ１Ｈ〜Ｆ５Ｈを求める。張力検出手段５０には、各圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５の向かう方向と、ベルト引張り方向と、距離Ｌ１、距離Ｌ２、有効面積Ａ等、が予め記憶されている。
そして張力検出手段５０は、引張り方向圧力ベクトルＦ１Ｈ〜Ｆ５Ｈの合成ベクトルを求めることでベルト張力を算出することができる。
【００３１】
以上、第１及び第２の実施の形態にて説明した回転動力伝達装置ＴＳは、テンションメータのように測定する毎に作業者がベルトカバー等を取り外す必要がなく、作業者が装置に直接触れることがなく、非常に作業性がよい。
また、スピンドルＳの停止中であっても回転中であってもベルト張力を測定することが可能である。従って、実際の回転中のベルト張力を測定できるので、停止中と回転中とのベルト張力の誤差を発生させることなく、より高精度にベルト張力を求めることができる。
また、ベルトのたわみ量や振動周波数等、間接的にベルト張力を測定している従来の測定方法とは異なり、ベルト張力による静圧軸受（静圧ポケット）の負荷を測定することで、ベルト張力を直接的に測定し、より高精度にベルト張力を測定することができる。
また、静圧軸受（静圧ポケット）の負荷として、静圧軸受（静圧ポケット）内の流体の圧力を測定することで、非常に高精度に負荷を測定することができ、温度補正も必要としない。
以上により、ベルト張力を直接的に高精度に測定することができる（回転中のベルト張力を測定することもできる）ので、ベルト張力を本来の目標値に設定すればよく、誤差を考慮して目標値より大きな値に設定する必要がない。このため、静圧軸受の許容荷重やスピンドルの剛性を、本来の許容荷重や剛性を満足するように設計すればよいので、機械サイズが必要以上に大きくなることを抑制することができる。また、静圧軸受やスピンドルが必要以上に高い剛性で設計された従来の研削盤であれば、ベルト張力の設定上限値を約１．５倍まで高くすることができることを確認した。
【００３２】
また、音声、光または画像等で報知する報知手段を備え、スピンドルＳの停止中または回転中にかかわらず、張力検出手段５０にてベルト張力を監視させ、予め設定された張力許容範囲から逸脱した場合に報知手段を動作させて警告を報知させることができる。
本実施の形態にて説明した回転動力伝達装置ＴＳは、スピンドルの高速回転中であっても、高精度にベルト張力を算出することができるので、ベルト切れ等の故障を迅速に検出、及び報知することができる。これにより、生産ラインの休止時間等をより短縮化することができる。
【００３３】
本発明の回転動力伝達装置ＴＳは、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態にて説明した回転動力伝達装置ＴＳは、研削盤の砥石に限定されず、静圧軸受にて支持されているスピンドルＳを、ベルトを介して回転させる種々の装置に適用することが可能である。
本実施の形態の説明では、負荷の測定として、圧力を測定したが、圧力以外の方法（例えば、軸受部におけるスピンドルとハウジングとの隙間の距離）を用いて負荷を測定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１ 研削盤
２５ 砥石ハウジング
４０ 砥石スライドテーブル
４１ 砥石進退テーブル
５０ 張力検出手段
ＢＳ 基台
ＣＬ、ＣＲ センタ部材
ＪＦ、ＪＲ 静圧軸受装置
ＭＴ 砥石駆動モータ（回転駆動手段）
Ｐ ポンプ
ＰＲ１〜ＰＲ５、ＰＦ２、ＰＦ４ 静圧ポケット
Ｔ 砥石
ＴＳ 回転動力伝達装置
ＴＺ 砥石回転軸
Ｓ スピンドル
Ｓ１〜Ｓ５ 圧力測定手段
ＳＳ 差圧測定手段
Ｗ ワーク
ＷＺ ワーク回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジングに対して静圧軸受にて支持されているスピンドルを、ベルトを介して回転させる回転動力伝達装置において、ベルトの張力をより高精度に検出することができる回転動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、静圧軸受にて支持されているスピンドルを、ベルトを介して回転させる種々の装置が存在する。例えば研削盤では、砥石に接続したスピンドルを静圧軸受にて支持し、ベルトを介してスピンドルを高速回転させて研削を行っている。
ベルトを介してスピンドルを高速回転させる場合、スリップ等を発生させることなく回転動力を伝達するためには、ベルト張力を調整する際のベルト張力の測定が重要である。張力が過小の場合はスリップが発生し易く回転精度が低下する可能性があり、張力が過大の場合は静圧軸受の許容荷重を超えて正常に支持できなくなる可能性や、スピンドルの剛性不足による変形が発生する可能性がある。
【０００３】
ベルト張力を測定する従来の一般的な方法は、テンションメータを用いる方法である。テンションメータを用いて測定する場合、工作機械の停止状態において、プーリに架け渡したベルトの中央近傍の直線部分にテンションメータを規定の力で押し当て、ベルトのたわみ量を測定し、測定したたわみ量からベルト張力を算出している。
また、特許文献１に記載された従来技術では、測定装置をベルトの中央近傍の直線部分に規定の力で押し当て、ベルトのたわみ量を測定する代わりに、Ｖ字状にたわんだベルトのたわみ角度を測定し、測定したたわみ角度からベルト張力を算出している。
また、特許文献２に記載された従来技術では、ベルトの振動周波数を光学式変位測定手段を用いて非接触にて測定し、測定した振動周波数からベルト張力を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２１４６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２６７５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
テンションメータを用いる従来の方法では、例えば研削盤のベルト張力を測定する場合、ベルトに直接的に測定装置を押し付ける必要があるので、ベルトを覆っているベルトカバーの一部または全部を取り外して測定しなければならない。従って、ベルト張力を測定する毎に、非常に手間がかかる。
また、（Ａ）停止状態におけるベルト張力を測定しており、実際にトルク伝達している回転中のベルト張力を測定していない（遠心力や発熱等により、停止中のベルト張力と回転中のベルト張力は異なると考えられる）。
（Ｂ）作業者がテンションメータを押し付けてベルトのたわみ量を測定するので、作業者による測定値のバラツキが発生し易い。
（Ｃ）ベルトのたわみ量は、ベルト張力を直接的に測定するものでなく間接的に測定しているとともに、たわみ量の測定は検出能力の限界が低い。
上記の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、テンションメータを用いる測定方法では、測定誤差が比較的大きい。従って、より確実にベルトスリップを防ぐためにベルト張力を本来の目標値よりも十分大きな値に設定している。これにより、静圧軸受の許容荷重をより大きくする必要と、スピンドルの剛性をより大きくする必要があり、機械サイズが大きくなる。
また、特許文献１に記載された従来技術では、テンションメータを用いる方法と同様に、測定時に手間がかかるとともに、測定精度が低いために機械サイズが大きくなる。
また、特許文献２に記載された従来技術では、ベルトの振動周波数を光学式変位測定手段にて測定しているが、例えば研削盤の場合、光学式変位測定手段を研削盤に取り付けることになる。この場合、回転中は光学式変位測定手段も振動してしまうので、回転中に正確な振動周波数を測定するのは困難である。また、より高精度にベルト張力を測定するには、温度補正も行う必要があるが、高速回転中のベルトの温度を測定することは困難である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、静圧軸受にて支持されたスピンドルにベルトを介して回転動力を伝達する回転動力伝達装置において、作業性が良く、より高精度にベルト張力を測定することができる回転動力伝達装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項１に記載の回転動力伝達装置は、ハウジングと、前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置である。
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成され、各静圧ポケットは、前記回転軸を挟んで互いに対向する位置に配置されており、前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られている。
そして、前記回転軸に対して前記ベルト引張り方向に位置している静圧ポケットである増負荷静圧ポケットと、当該増負荷静圧ポケットに対向する位置の静圧ポケットである対向静圧ポケットと、に加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段を備え、前記負荷測定手段にて測定した負荷に基づいて、前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている。
【０００７】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項２に記載の回転動力伝達装置は、請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第１圧力測定手段と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第２圧力測定手段にて構成されており、前記張力検出手段は、前記第１圧力測定手段からの検出信号と、前記第２圧力測定手段からの検出信号と、に基づいて前記ベルトの張力を算出する。
【０００８】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項３に記載の回転動力伝達装置は、請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力と、の差圧を測定可能な差圧測定手段にて構成されており、前記張力検出手段は、前記差圧測定手段からの検出信号に基づいて前記ベルトの張力を算出する。
【０００９】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項４に記載の回転動力伝達装置は、ハウジングと、前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置である。
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成されており、前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られている。
そして、それぞれの静圧ポケットには、それぞれの静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段が設けられており、それぞれの圧力測定手段からの検出信号に基づいてそれぞれの静圧ポケット内の流体の圧力に基づいた圧力ベクトルを求め、求めたそれぞれの圧力ベクトルにおける前記ベルト引張り方向の成分となる引張り方向圧力ベクトルを求め、それぞれの引張り方向圧力ベクトルを合成して前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている。
【００１０】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの回転動力伝達装置である。
請求項５に記載の回転動力伝達装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転動力伝達装置であって、前記張力検出手段は、前記スピンドルの回転中または停止中にかかわらず、算出したベルトの張力が、予め設定された張力許容範囲から外れた場合、報知手段を用いて警告を報知する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の回転動力伝達装置を用いれば、円周方向に並べられた複数の静圧ポケット（回転軸を挟んで互いに対向するように配置されている）において、ベルトの張力によって最も負荷が増加する位置にある増負荷静圧ポケットと、増負荷静圧ポケットに対向している（ベルトの張力による負荷が最も小さい位置にある）対向静圧ポケットと、に加えられている負荷を測定することで、ベルト張力を直接的に、より高精度に求めることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の回転動力伝達装置によれば、第１圧力測定手段、第２圧力測定手段を用いることで、増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、対向静圧ポケット内の流体の圧力を、たわみ量と比較して非常に高精度に検出することができるので、より高精度にベルト張力を求めることができる。
また、圧力測定手段を用いて静圧ポケット内の流体の圧力を測定する構成は、例えば図２（Ａ）に示すように、圧力測定手段と静圧ポケットとを連通するだけでよく、非常にシンプルであり、従来のテンションメータのようにベルト張力を測定する毎に作業者が測定装置を運んで来る必要がなく、作業性もよい。
【００１３】
また、請求項３に記載の回転動力伝達装置は、増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、対向静圧ポケット内の流体の圧力と、を別々の圧力測定手段からの別々の検出信号から求める請求項２に記載の回転動力伝達装置に対して、１つの差圧測定手段を用いて圧力の差（差圧）を求める。
これにより、請求項２に記載の回転動力伝達装置よりも更に測定誤差が小さくなり、より高精度にベルト張力を測定することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の回転動力伝達装置を用いれば、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットのそれぞれに圧力測定手段を設け、各静圧ポケットから回転軸方向に向かう圧力ベクトルのそれぞれを求め、各圧力ベクトルのベルト引張り方向の成分を合成して張力を求めることで、請求項１に対して、静圧ポケットの数が奇数であっても、ベルト引張り方向がどのような方向であっても、適切にベルト張力を求めることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の回転動力伝達装置では、スピンドルの回転中または停止中にかかわらずベルト張力を求めることが可能であり、適正張力範囲を逸脱した場合に警告を報知することで、ベルト切れ等の故障を迅速に報知できる。
これにより、故障からの復旧をより短時間に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の回転動力伝達装置ＴＳを適用した研削盤１の一実施の形態を説明する図である。
【図２】回転動力伝達装置ＴＳの構造を説明する断面図と、静圧ポケットの有効面積の例を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態における図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図の例と、差圧測定手段ＳＳを用いた例を説明する図である。
【図４】第２の実施の形態における図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図の例と、各静圧ポケットの圧力から求めた圧力ベクトルに基づいてベルト張力を求める方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の回転動力伝達装置ＴＳを適用した研削盤１の一実施の形態を示しており、図１（Ａ）は研削盤１の平面図の例を示し、図１（Ｂ）は研削盤１の右側面図の例を示している。なお、図１（Ｂ）では、心押台の記載を省略している。
また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている全ての図面において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｙ軸は鉛直上向きを示しており、Ｚ軸とＸ軸は水平方向を示している。そしてＺ軸はワーク回転軸方向を示しており、Ｘ軸方向は砥石ＴがワークＷに切り込む方向を示している。
以下の説明では、回転動力伝達装置ＴＳを適用した研削盤１の例を説明するが、本発明の回転動力伝達装置ＴＳは研削盤に限定されず、静圧軸受にて回転可能に支持されているスピンドルに、ベルトを介して回転動力を伝達する種々の装置に適用することが可能である。
【００１８】
●［研削盤１の全体構成（図１（Ａ）、（Ｂ））］
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、研削盤１は、ワーク回転軸ＷＺ回りに回転しているワークＷに対して、砥石回転軸ＴＺ回りに回転している略円筒形状の砥石Ｔを相対移動させてワークＷを研削する。なお、各可動体の位置等を検出して各駆動モータに制御信号を出力する制御手段（数値制御装置等）については、図示を省略する。なお、ワーク回転軸ＷＺと砥石回転軸ＴＺは、どちらもＺ軸と平行である。
ワークＷは、センタ部材ＣＬを備えた主軸台と、センタ部材ＣＲを備えた心押台に両端（または両端近傍）が支持されている（センタ部材の代わりにチャックであってもよい）。
【００１９】
主軸台は、基台ＢＳに載置されたベースＤＬと、ベースＤＬに対してＺ軸方向に往復移動可能な主軸ハウジングＨＬと、主軸ハウジングＨＬ内でワーク回転軸ＷＺ回りに回転可能に支持された主軸ＳＬとを備えている。また、主軸ＳＬの一端にはセンタ部材ＣＬが設けられている。
主軸ＳＬには図示しない駆動モータが設けられており、制御手段は、センタ部材ＣＬの先端をとおるワーク回転軸ＷＺ回りに主軸ＳＬを、任意の角速度で任意の角度まで回転させることができる。
心押台は、基台ＢＳに載置されたベースＤＲと、ベースＤＲに対してＺ軸方向に移動可能な心押軸ハウジングＨＲと、心押軸ハウジングＨＲ内でワーク回転軸ＷＺ回りに回転可能または回転不能に支持され、主軸ＳＬと同軸的に設けられた心押軸ＳＲとを備えている。また、心押軸ＳＲの一端にはセンタ部材ＣＲが設けられている。
【００２０】
また、基台ＢＳには、Ｚ軸駆動モータＭＺにて制御されるボールねじＮＺの回転角度に応じて、ガイドＧＺに沿ってＺ軸方向の任意の位置に位置決めされる砥石スライドテーブル４０が載置されている。制御手段はエンコーダ等の位置検出手段ＥＺからの信号を検出しながらＺ軸駆動モータＭＺに制御信号を出力する。
砥石スライドテーブル４０には、Ｘ軸駆動モータＭＸにて制御されるボールねじＮＸの回転角度に応じて、ガイドＧＸに沿ってＸ軸方向の任意の位置に位置決めされる砥石進退テーブル４１が載置されている。制御手段はエンコーダ等の位置検出手段ＥＸからの信号を検出しながらＸ軸駆動モータＭＸに制御信号を出力する。
【００２１】
なお、砥石駆動モータＭＴ、砥石ハウジング２５を備えた回転動力伝達装置ＴＳについては後述する。
また、本実施の形態にて説明する研削盤１では、砥石Ｔの支持方法が片持ち式の例を示しているが、両持ち式で砥石Ｔを支持してもよい。
また、図１（Ｂ）に示すように、砥石回転軸ＴＺとワーク回転軸ＷＺは仮想平面ＭＦ上に位置している。この状態で砥石ＴをワークＷに対して相対的に近づけていき、ワークＷと砥石Ｔとが接触した位置における砥石Ｔの側の点を砥石研削点ＴＰとする。そして、研削盤１には、砥石研削点ＴＰの近傍にクーラントを供給するクーラントノズルが設けられているが、図示省略する。
また、図１（Ａ）及び（Ｂ）の例に示す研削盤１では、砥石Ｔのドレッシングを行うドレッシング手段ＴＲが、主軸ハウジングＨＬに取り付けられている。
【００２２】
本実施の形態にて説明する研削盤１では、ポンプ等の流体供給手段を用いて流体を供給し、砥石Ｔを静圧軸受（流体軸受）にて回転可能に支持している。そして静圧軸受で使用した流体を回収及び冷却してポンプ等に戻し、流体を循環させている。
本発明の回転動力伝達装置ＴＳは、静圧軸受にて使用する流体を利用して、ベルト２２の張力をより高精度に測定するものである。
【００２３】
●［回転動力伝達装置ＴＳの構造（図２）］
図２（Ａ）に示すように、本発明の回転動力伝達装置ＴＳは、砥石進退テーブル４１に載置された砥石ハウジング２５（ハウジングに相当）と、砥石ハウジング２５に対して静圧軸受にて支持されたスピンドルＳと、ベルト２２を介してスピンドルＳに回転動力を伝達する砥石駆動モータＭＴ（回転駆動手段に相当）にて構成されている。
スピンドルＳは、静圧軸受装置ＪＦ、ＪＲにて支持されており、静圧軸受装置ＪＦ、ＪＲは砥石ハウジング２５に固定されている。
スピンドルＳは砥石回転軸ＴＺ回りに回転可能であり、一方の端部には従動プーリ２４が接続されており、他方の端部には略円筒状の砥石Ｔが接続されている。
また砥石駆動モータＭＴには駆動プーリ２１が接続されており、駆動プーリ２１と従動プーリ２４にはベルト２２が架け渡されている。
【００２４】
●［第１の実施の形態（図３）］
図３（Ａ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図における第１の実施の形態の例を示している。
第１の実施の形態では、スピンドルＳに対向している砥石ハウジング２５の対向面に相当する静圧軸受装置ＪＲの面には、図３（Ａ）に示すように、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４が形成されている。また各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４は、砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向する位置に配置されている。（図３（Ａ）の場合、静圧ポケットＰＲ１と静圧ポケットＰＲ３が砥石回転軸ＴＺを挟んで対向する位置に配置されており、静圧ポケットＰＲ２と静圧ポケットＰＲ４が砥石回転軸ＴＺを挟んで対向する位置に配置されている。）
なお、図３（Ａ）では静圧ポケットが４個の例を示しているが、第１の実施の形態では、砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向していればよいので、４個に限定されず、偶数であればよい。
【００２５】
静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ４には、ポンプＰ等から所定の圧力の流体（例えば作動油）が配管Ｈ１、ＨＲ１〜ＨＲ４を介して供給される。なお、各静圧ポケットに供給された流体を回収してポンプＰに戻す経路については図示省略する。
またスピンドルＳは、ベルト２２の張力にてベルト引張り方向（図３（Ａ）参照）に引張られている。なお、図３（Ａ）の例では、静圧ポケットＰＲ４の中央と砥石回転軸ＴＺと静圧ポケットＰＲ２の中央とは仮想直線Ｃ１で結ぶことが可能であり、当該仮想直線Ｃ１の方向はベルト引張り方向と平行になる。この配置が第１の実施の形態における静圧ポケットの配置である。
そして、砥石回転軸ＴＺに対してベルト引張り方向に位置している静圧ポケットＰＲ２（増負荷静圧ポケットに相当）と、当該静圧ポケットＰＲ２に対向する位置に配置されている静圧ポケットＰＲ４（対向静圧ポケットに相当）には、加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段が設けられている。
【００２６】
図３（Ａ）の例では負荷は圧力であり、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段Ｓ１（第１圧力測定手段に相当）を設け、静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段Ｓ２（第２圧力測定手段に相当）を設け、静圧ポケットＰＲ２と圧力測定手段Ｓ１とを連通路ＨＳ１にて連通させ、静圧ポケットＰＲ４と圧力測定手段Ｓ２とを連通路ＨＳ２にて連通させている。そして圧力測定手段Ｓ１、Ｓ２のそれぞれの検出信号を張力検出手段５０に取り込み、張力検出手段５０にて圧力を求め、求めた圧力に基づいてベルト張力を算出する。
【００２７】
ここで、図２（Ａ）において、従動プーリ２４から遠い側の静圧ポケットＰＦ４（ＰＦ２）の中央から、従動プーリ２４に近い側の静圧ポケットＰＲ４（ＰＲ２）の中央までの砥石回転軸ＴＺ方向の距離を距離Ｌ１として、従動プーリ２４に近い側の静圧ポケットＰＲ４（ＰＲ２）から、従動プーリ２４の中央までの砥石回転軸ＴＺ方向の距離を距離Ｌ２とする。
この場合、ベルト張力をＴＢ、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力をＰｐｒ２、静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力をＰｐｒ４、静圧ポケットＰＲ２、ＰＲ４の有効面積をＡとすると、以下の（式１）が成立する。
ＴＢ＝［Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）］＊Ａ＊（Ｐｐｒ２−Ｐｐｒ４） （式１）
張力検出手段５０には、予め距離Ｌ１、距離Ｌ２、有効面積Ａが記憶されている。そして張力検出手段５０は、上記の（式１）と、求めた圧力Ｐｐｒ２、Ｐｐｒ４を用いて、ベルト張力ＴＢを算出する。
なお図２（Ｂ）は、静圧ポケットの概略有効面積を説明する図である（静圧ポケットＰＲ２を例にしている）。有効面積とは、静圧ポケットならびに周囲のランド（図２（Ｂ）の幅Ｗｈ、Ｗｖの凸状部）で発生する静圧力の合計を、ポケット圧で除した値である。本実施の形態では有効面積として、概略有効面積を使用する。概略有効面積とは次の通りである。静圧ポケットＰＲ２の周囲には、スピンドルＳに対向する側に凸となる凸状部が形成されており、この凸状部の幅Ｗｖ、Ｗｈの中央を通る線（図２（Ｂ）中の点線）にて囲まれる面積が概略有効面積となる。
【００２８】
以上の説明では、圧力測定手段Ｓ１と圧力測定手段Ｓ２とを用いて、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力と、静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力と、を別々に測定したが、図３（Ｂ）に示すように、１個の差圧測定手段ＳＳを用いて、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力と静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力との差圧を求めるようにしてもよい。
この場合、差圧測定手段ＳＳは流路ＨＳ１にて静圧ポケットＰＲ２に接続され、流路ＨＳ２にて静圧ポケットＰＲ４に接続されている。
張力検出手段５０には、静圧ポケットＰＲ２内の流体の圧力と静圧ポケットＰＲ４内の流体の圧力との差圧に基づいた検出信号が差圧測定手段ＳＳから入力され、張力検出手段５０は当該差圧（この場合、Ｐｐｒ２−Ｐｐｒ４）を求めることができる。
そして張力検出手段５０は、上記の（式１）と、求めた差圧（Ｐｐｒ２−Ｐｐｒ４）を用いて、ベルト張力ＴＢを算出する。
２個の圧力測定手段Ｓ１、Ｓ２の検出信号を用いて算出する図３（Ａ）の構成よりも、差圧を用いる図３（Ｂ）の構成のほうが、圧力測定手段の固有の誤差を相殺できるので、より小さな誤差でベルト張力を算出することができる。
【００２９】
●［第２の実施の形態（図４）］
図４（Ａ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ断面図における第２の実施の形態の例を示している。また図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５からの圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５の例を示している。
第２の実施の形態では、スピンドルＳの円周方向に並べられた静圧ポケット（ＰＲ１〜ＰＲｎ）の数が偶数であっても奇数であってもよく、各静圧ポケットが砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向する位置となるように配置されていてもよいし、対向する位置に配置されていなくてもよい。図４（Ａ）及び（Ｂ）では、静圧ポケットが５個（奇数）の例を示しており、各静圧ポケットは砥石回転軸ＴＺを挟んで互いに対向していない配置の例を示している。
そして、それぞれの静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５には、それぞれの静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段Ｓ１〜Ｓ５が設けられている。
以下、第１の実施の形態との相違点について主に説明する。
【００３０】
図４（Ａ）の例の場合、張力検出手段５０は、圧力測定手段Ｓ１〜Ｓ５の各検出信号に基づいて、各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５内の流体の圧力（Ｐｐｒｎ）のそれぞれを測定し、各静圧ポケットＰＲ１〜ＰＲ５から砥石回転軸ＴＺに向かう各圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５を求める。各圧力ベクトルの大きさ（｜Ｆｎ｜）は（式１）に基づいて、下記の（式２）から求めることができる。
｜Ｆｎ｜＝［Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）］＊Ａ＊（Ｐｐｒｎ） （式２）
また、各圧力ベクトルの方向は、各静圧ポケットの中央から砥石回転軸ＴＺに向かう方向である。
次に張力検出手段５０は、求めた圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５におけるベルト引張り方向の成分となる引張り方向圧力ベクトルＦ１Ｈ〜Ｆ５Ｈを求める。張力検出手段５０には、各圧力ベクトルＦ１〜Ｆ５の向かう方向と、ベルト引張り方向と、距離Ｌ１、距離Ｌ２、有効面積Ａ等、が予め記憶されている。
そして張力検出手段５０は、引張り方向圧力ベクトルＦ１Ｈ〜Ｆ５Ｈの合成ベクトルを求めることでベルト張力を算出することができる。
【００３１】
以上、第１及び第２の実施の形態にて説明した回転動力伝達装置ＴＳは、テンションメータのように測定する毎に作業者がベルトカバー等を取り外す必要がなく、作業者が装置に直接触れることがなく、非常に作業性がよい。
また、スピンドルＳの停止中であっても回転中であってもベルト張力を測定することが可能である。従って、実際の回転中のベルト張力を測定できるので、停止中と回転中とのベルト張力の誤差を発生させることなく、より高精度にベルト張力を求めることができる。
また、ベルトのたわみ量や振動周波数等、間接的にベルト張力を測定している従来の測定方法とは異なり、ベルト張力による静圧軸受（静圧ポケット）の負荷を測定することで、ベルト張力を直接的に測定し、より高精度にベルト張力を測定することができる。
また、静圧軸受（静圧ポケット）の負荷として、静圧軸受（静圧ポケット）内の流体の圧力を測定することで、非常に高精度に負荷を測定することができ、温度補正も必要としない。
以上により、ベルト張力を直接的に高精度に測定することができる（回転中のベルト張力を測定することもできる）ので、ベルト張力を本来の目標値に設定すればよく、誤差を考慮して目標値より大きな値に設定する必要がない。このため、静圧軸受の許容荷重やスピンドルの剛性を、本来の許容荷重や剛性を満足するように設計すればよいので、機械サイズが必要以上に大きくなることを抑制することができる。また、静圧軸受やスピンドルが必要以上に高い剛性で設計された従来の研削盤であれば、ベルト張力の設定上限値を約１．５倍まで高くすることができることを確認した。
【００３２】
また、音声、光または画像等で報知する報知手段を備え、スピンドルＳの停止中または回転中にかかわらず、張力検出手段５０にてベルト張力を監視させ、予め設定された張力許容範囲から逸脱した場合に報知手段を動作させて警告を報知させることができる。
本実施の形態にて説明した回転動力伝達装置ＴＳは、スピンドルの高速回転中であっても、高精度にベルト張力を算出することができるので、ベルト切れ等の故障を迅速に検出、及び報知することができる。これにより、生産ラインの休止時間等をより短縮化することができる。
【００３３】
本発明の回転動力伝達装置ＴＳは、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態にて説明した回転動力伝達装置ＴＳは、研削盤の砥石に限定されず、静圧軸受にて支持されているスピンドルＳを、ベルトを介して回転させる種々の装置に適用することが可能である。
本実施の形態の説明では、負荷の測定として、圧力を測定したが、圧力以外の方法（例えば、軸受部におけるスピンドルとハウジングとの隙間の距離）を用いて負荷を測定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１ 研削盤
２５ 砥石ハウジング
４０ 砥石スライドテーブル
４１ 砥石進退テーブル
５０ 張力検出手段
ＢＳ 基台
ＣＬ、ＣＲ センタ部材
ＪＦ、ＪＲ 静圧軸受装置
ＭＴ 砥石駆動モータ（回転駆動手段）
Ｐ ポンプ
ＰＲ１〜ＰＲ５、ＰＦ２、ＰＦ４ 静圧ポケット
Ｔ 砥石
ＴＳ 回転動力伝達装置
ＴＺ 砥石回転軸
Ｓ スピンドル
Ｓ１〜Ｓ５ 圧力測定手段
ＳＳ 差圧測定手段
Ｗ ワーク
ＷＺ ワーク回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、
ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置において、
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成され、各静圧ポケットは、前記回転軸を挟んで互いに対向する位置に配置されており、
前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られており、
前記回転軸に対して前記ベルト引張り方向に位置している静圧ポケットである増負荷静圧ポケットと、当該増負荷静圧ポケットに対向する位置の静圧ポケットである対向静圧ポケットと、に加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段を備え、
前記負荷測定手段にて測定した負荷に基づいて、前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている、
回転動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、
前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第１圧力測定手段と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第２圧力測定手段にて構成されており、
前記張力検出手段は、前記第１圧力測定手段からの検出信号と、前記第２圧力測定手段からの検出信号と、に基づいて前記ベルトの張力を算出する、
回転動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、
前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力と、の差圧を測定可能な差圧測定手段にて構成されており、
前記張力検出手段は、前記差圧測定手段からの検出信号に基づいて前記ベルトの張力を算出する、
回転動力伝達装置。
【請求項４】
ハウジングと、
前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、
ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置において、
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成されており、
前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られており、
それぞれの静圧ポケットには、それぞれの静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段が設けられており、
それぞれの圧力測定手段からの検出信号に基づいてそれぞれの静圧ポケット内の流体の圧力に基づいた圧力ベクトルを求め、求めたそれぞれの圧力ベクトルにおける前記ベルト引張り方向の成分となる引張り方向圧力ベクトルを求め、それぞれの引張り方向圧力ベクトルを合成して前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている、
回転動力伝達装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転動力伝達装置であって、
前記張力検出手段は、前記スピンドルの回転中または停止中にかかわらず、算出したベルトの張力が、予め設定された張力許容範囲から外れた場合、報知手段を用いて警告を報知する、
回転動力伝達装置。
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、
ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置において、
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成され、各静圧ポケットは、前記回転軸を挟んで互いに対向する位置に配置されており、
前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られており、
前記回転軸に対して前記ベルト引張り方向に位置している静圧ポケットである増負荷静圧ポケットと、当該増負荷静圧ポケットに対向する位置の静圧ポケットである対向静圧ポケットと、に加えられている負荷を測定可能な負荷測定手段を備え、
前記負荷測定手段にて測定した負荷に基づいて、前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている、
回転動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、
前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第１圧力測定手段と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な第２圧力測定手段にて構成されており、
前記張力検出手段は、前記第１圧力測定手段からの検出信号と、前記第２圧力測定手段からの検出信号と、に基づいて前記ベルトの張力を算出する、
回転動力伝達装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転動力伝達装置であって、
前記負荷測定手段は、前記増負荷静圧ポケット内の流体の圧力と、前記対向静圧ポケット内の流体の圧力と、の差圧を測定可能な差圧測定手段にて構成されており、
前記張力検出手段は、前記差圧測定手段からの検出信号に基づいて前記ベルトの張力を算出する、
回転動力伝達装置。
【請求項４】
ハウジングと、
前記ハウジングに対して静圧軸受にて支持されて所定の回転軸回りに回転可能なスピンドルと、
ベルトを介して前記スピンドルに回転動力を伝達する回転駆動手段と、を備えた回転動力伝達装置において、
前記静圧軸受は、前記スピンドルに対向している前記ハウジングの対向面に形成された、円周方向に並べられた複数の静圧ポケットにて構成されており、
前記スピンドルは、前記ベルトの張力にてベルト引張り方向に引張られており、
それぞれの静圧ポケットには、それぞれの静圧ポケット内の流体の圧力を測定可能な圧力測定手段が設けられており、
それぞれの圧力測定手段からの検出信号に基づいてそれぞれの静圧ポケット内の流体の圧力に基づいた圧力ベクトルを求め、求めたそれぞれの圧力ベクトルにおける前記ベルト引張り方向の成分となる引張り方向圧力ベクトルを求め、それぞれの引張り方向圧力ベクトルを合成して前記ベルトの張力を算出する張力検出手段を備えている、
回転動力伝達装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転動力伝達装置であって、
前記張力検出手段は、前記スピンドルの回転中または停止中にかかわらず、算出したベルトの張力が、予め設定された張力許容範囲から外れた場合、報知手段を用いて警告を報知する、
回転動力伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−６９６９８（Ｐ２０１１−６９６９８Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２０３１４（Ｐ２００９−２２０３１４）
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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